导数与函数的最值课件-2027届高三数学一轮复习

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第5节 导数与函数的最值 课标要求 1. 理解函数最值与极值的关系. 2. 会求闭区间上函数的最大值、最小值. 3. 了解最值在现实生活中的应用. 目录/ CONTENTS 考点一 求函数的最值 01 考点二 由函数的最值求参数 02 提能点 生活中的优化问题 03 课时跟踪训练 04 01 PART 考点一 求函数的最值 目 录 1. 如果在区间[a,b]上函数y=f(x)的图象是一条 ⁠的曲 线,那么它必有最大值和最小值. 2. 若函数f(x)在区间[a,b]上单调递增,则f(a)为函数的 ⁠ ,f(b)为函数的 ;若函数f(x)在区间[a,b]上单调 递减,则f(a)为函数的 ,f(b)为函数的 ⁠. 连续不断  最小 值  最大值  最大值  最小值  高中总复习·数学 目 录 结论:(1)若函数f(x)在区间[a,b]上单调,则f(x)一定在区间 端点处取得最值; (2)若函数在区间[a,b]上的最值点不是端点,则其最值点亦为其极值 点; (3)若函数f(x)在区间(a,b)内只有一个极值点,则该极值点一 定是函数相应的最值点. 高中总复习·数学 目 录 已知函数f(x)= -ln x(a∈R). (1)讨论f(x)的单调性; 解:函数f(x)的定义域为(0,+∞), f'(x)= , ①若a≤0,则f'(x)<0在(0,+∞)上恒成立,所以f(x)在(0,+ ∞)上单调递减; ②若a>0,则当x>a时,f'(x)<0;当0<x<a时,f'(x)>0,所以 f(x)在(0,a)上单调递增,在(a,+∞)上单调递减. 高中总复习·数学 目 录 (2)求f(x)在[ ,e]上的最大值g(a). 解:f'(x)= ,由(1)知, 当a≤ 时,f(x)在[ ,e]上单调递减, 所以f(x)max=f( )=2-ae; 当 <a<e时,f(x)在[ ,a]上单调递增,在[a,e]上单调递减, 所以f(x)max=f(a)=-ln a; 当a≥e时,f(x)在[ ,e]上单调递增,所以f(x)max=f(e)=- . 综上,g(a)= 高中总复习·数学 目 录 规律方法 1. 利用导数求给定区间上函数最值的步骤 (1)求函数f(x)的导数f'(x); (2)利用f'(x)=0求f(x)在给定区间上所有极值点的函数值; (3)求f(x)在给定区间上的端点值; (4)将f(x)的各极值与f(x)的端点值进行比较,确定f(x)的最 值. 2. 若所给函数f(x)含参数,需先求函数的定义域、导函数,通过对参 数分类讨论,判断函数的单调性,从而得到函数f(x)的最值. 高中总复习·数学 目 录 练1 (1)(2026·江苏南京、盐城模拟)用min{x,y}表示x,y中较小的 数.已知函数f(x)= ,则min{f(x),f(x+ln 2)}的最大值为 ( C ) A. B. C. D. ln 2 C 高中总复习·数学 目 录 解析: ∵f(x)= ,∴f'(x)= ,易 知f(x)在(-∞,1)上单调递增,在(1,+ ∞)上单调递减,由题意,令f(x)=f(x+ln2),即 = ,解得x=ln 2. 作出y=f(x)与y=f(x+ln 2)的大致图象如图所示.则min{f(x),f(x+ln 2)}的最大值为两函数图象交点处函数值,为 . 高中总复习·数学 目 录 (2)函数f(x)= -2ln x+2x的最小值为 ⁠. 解析:f(x)的定义域为(0,+∞),f'(x)= ex- +2= ,所以当x∈(0,1)时,f'(x)<0,f(x)单调递减; 当x∈(1,+∞)时,f'(x)>0,f(x)单调递增,所以f(x)的最小 值为f(1)=e+2. e+2 高中总复习·数学 目 录 02 PART 考点二 由函数的最值求参数 目 录 (1)(2026·河北名校联考)已知函数f(x)=ln x-ax的最大值为 0,则a=( D ) A. -e B. -1 C. D. D 解析: 由f(x)=ln x-ax,得f'(x)= -a= ,x>0.若a≤0, 则f(x)在(0,+∞)上单调递增,无最大值,则a>0,则f(x)在 (0, )上单调递增,在( ,+∞)上单调递减, 所以f(x)max=f ( )=ln -1=0,解得a= . 高中总复习·数学 目 录 (2) (2025·山东聊城期中)设f(x)= 若f(- 1)为f(x)的最小值,则实数a的取值范围是 ⁠. [0,1] 高中总复习·数学 目 录 解析:当x≤-1时,f(x)=(x+a)2,对称轴为直线x=-a,当- a≥-1,即a≤1时,f(x)min=f(-1);当-a<-1,即a>1时,f (x)min=f(-a),不符合题意,所以a≤1.当x>-1时,f(x)=ex -x+a,则f'(x)=ex-1,令f'(x)=0,则x=0,当x∈(-1,0) 时,f'(x)<0,f(x)单调递减,当x∈(0,+∞)时,f'(x)>0,f (x)单调递增,则x=0是函数f(x)的极小值点.又f(-1)为f(x) 的最小值,则满足f(-1)≤f(0),即(a-1)2≤1+a,解得 0≤a≤3.又a≤1,所以实数a的取值范围是[0,1]. 高中总复习·数学 目 录 规律方法   已知函数的最值求参数,可先求出函数在给定区间上的极值及函数在 区间端点处的函数值,通过比较它们的大小,判断出哪个是最大值,哪个 是最小值,结合已知求出参数,进而使问题得以解决. 高中总复习·数学 目 录 练2 (1)(2026·江苏宿迁模拟)若函数f(x)= 有最大 值,则k的最大值为( C ) A. B. C. D. C 高中总复习·数学 目 录 解析: 当x≥2时,f(x)= ,则f'(x)= ,当2≤x<e时,f' (x)>0,函数f(x)单调递增,当x>e时,f'(x)<0,函数f(x) 单调递减,则函数f(x)在x=e处取得极大值,且极大值为f(e)= , 因为函数f(x)= 有最大值,则 解得 0≤k≤ ,因此实数k的最大值为 .故选C. 高中总复习·数学 目 录 (2)已知函数f(x)=x3-3x2+3在区间(a,a+6)内存在最小值, 则实数a的取值范围为( A ) A. [-1,2) B. C. D. [-1,1) A 高中总复习·数学 目 录 解析:由题意得f'(x)=3x2-6x=3x(x-2).当f'(x) >0时,得x<0或x>2,当f'(x)<0时,得0<x<2,故 函数f(x)的单调递增区间为(-∞,0),(2,+ ∞), 单调递减区间为(0,2),即x=2时,函数f(x)取得极 小值f(2)=-1,画出f(x)的图象如图.当x3-3x2+3= -1时,(x+1)(x-2)2=0,解得x=-1或x=2,故要使函数f(x)=x3-3x2+3在区间(a,a+6)上存在最小值,需有 解得-1≤a<2,即实数a的取值范围为[-1,2). 高中总复习·数学 目 录 03 PART 提能点 生活中的优化问题 目 录 (1)小李准备向银行贷款x(0<x≤10)万元全部用于某产品的加工 与销售,据测算每年利润y(单位:万元)与贷款x满足关系式y=ln x-x - +9,要使年利润最大,小李应向银行贷款( B ) A. 3万元 B. 4万元 C. 5万元 D. 6万元 B 高中总复习·数学 目 录 解析: 依题意,得y'= -1+ = = (0< x≤10),令y'>0,得0<x<4,令y'<0,得4<x≤10,所以函数y=ln x -x- +9在(0,4)内单调递增,在(4,10)内单调递减,所以当x =4时,函数取得最大值. 高中总复习·数学 目 录 (2)统计表明,某种型号的汽车在匀速行驶过程中每小时的耗油量y(单 位:L)关于行驶速度x(单位:km/h)的解析式可以表示为y= x3 - x+9(0<x≤120).若甲、乙两地相距200 km,当从甲地到乙地耗油 最少时,汽车匀速行驶的速度是( C ) A. 70 km/h B. 80 km/h C. 90 km/h D. 100 km/h C 高中总复习·数学 目 录 解析:当速度为x km/h,汽车从甲地到乙地需行驶 h,设耗油量为f (x) L,依题意得f(x)=( x3- x+9)× = x2+ -8(0<x≤120),则f'(x)= x- (0<x≤120).令f'(x)= 0,得x=90,当x∈(0,90)时,f'(x)<0,f(x)单调递减;当x∈ (90,120)时,f'(x)>0,f(x)单调递增.所以当x=90时,从甲地 到乙地耗油最少. 高中总复习·数学 目 录 规律方法   解决最优化问题,应从以下几个方面入手:(1)设出自变量、因变 量,建立函数关系式y=f(x),并确定其定义域;(2)求函数的导函 数f'(x),解方程f'(x)=0;(3)比较函数在区间端点和使f'(x)=0 的点的函数值的大小,求最大(小)值;(4)回归实际问题. 高中总复习·数学 目 录 练3 (1)把一个周长为6的长方形铁皮围成一个无盖无底的圆柱,当圆柱 的体积最大时,该圆柱的底面半径和高的比值为( B ) A. 2 B. C. 1 D. π B 高中总复习·数学 目 录 解析: 设圆柱的底面半径为r,高为x,由题意可得2×2πr+2x= 6,即r= ,圆柱的体积V=π( )2·x= (9x-6x2+x3)(0<x <3),V'= (9-12x+3x2)= (3-4x+x2),令V'=0,解得x =1或x=3(舍去),所以当x∈(0,1)时,V'>0,V单调递增;当 x∈(1,3)时,V'<0,V单调递减;当x=1时,V取得极大值,也是最 大值,此时高为1,半径为 ,底面半径和高的比值为 ,故选B. 高中总复习·数学 目 录 (2)李某要建一个面积为512 m2的矩形蔬菜场,一边利用原有的墙壁(墙 壁足够长),其他三边要修建栅栏,当修建栅栏所用的材料最省时,矩形 蔬菜场的两邻边长分别为( A ) A. 32 m,16 m B. 64 m,8 m C. 128 m,4 m D. 256 m,2 m A 高中总复习·数学 目 录 解析: 设要建的矩形蔬菜场与原墙壁平行的一边边长为x m,与原墙 相邻的两边边长均为y m,则xy=512,设所修建栅栏的长为l m,则l=x +2y= +2y(y>0),令l'=- +2=0,解得y=16(y=-16舍 去),当0<y<16时,l'<0;当y>16时,l'>0,所以当y=16时,l取得 极小值,也就是最小值,此时x= =32. 高中总复习·数学 目 录 04 PART 课时跟踪检测 (时间:60分钟,满分:93分) [备注:单选、填空题5分,多选题6分] 目 录 1. 函数f(x)=x-ln x在区间(0,e]上的最小值为(  ) A. e-1 B. 1 C. -e D. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 解析:  因为f'(x)=1- = ,当x∈(0,1)时,f'(x)<0;当 x∈(1,e]时,f'(x)>0,所以当x=1时,f(x)取得最小值1-ln 1= 1.故选B. 高中总复习·数学 目 录 2. 当x=1时,函数f(x)=aln x+ 取得最大值-2,则f'(2)= (  ) A. 1 B. C. - D. -1 √ 解析:  由题意知,f(1)=aln 1+b=b=-2.求导得f'(x)= - (x>0),因为f(x)的定义域为(0,+∞),所以易得f'(1)=a -b=0,所以a=-2,所以f'(2)= - =- .故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 3. 已知函数f(x)=x- sin x,x∈[0,π],则f(x)的最大值为 (  ) A. - B. C. - D. π √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 解析:  由f(x)=x- sin x,x∈[0,π],可得f'(x)=1- cos x,x∈[0,π],令f'(x)=0可得 cos x= ,又x∈[0,π],所以x= ,当x∈ 时,f'(x)<0,f(x)单调递减;当x∈ 时,f' (x)>0,f(x)单调递增;易知f(0)=0,f(π)=π,因此f(x) 的最大值为π. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 4. 设直线x=t与函数f(x)=x2,g(x)=ln x的图象分别相交于点 M,N,则当|MN|最小时t的值为(  ) A. 1 B. C. D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 解析:  由已知条件可得|MN|=t2-ln t,设f(t)=t2-ln t(t> 0),则f'(t)=2t- .令f'(t)=0,可得t= .当0<t< 时,f' (t)<0,∴当t= 时,f(t)可取得最小值f( ),即得当|MN| 最小时,t= . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 5. 〔多选〕对于函数f(x)=-2ln x+x2-3x,下列说法正确的是 (  ) A. f(x)在区间(2,+∞)上单调递增 B. 2是函数f(x)的极大值点 C. f(x)的单调递减区间是(0,2) D. 函数f(x)的最小值为-2ln 2-2 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 解析:  ∵f(x)=-2ln x+x2-3x,x∈(0,+∞),∴f'(x) =- +2x-3= = ,令f'(x)=0,则x=2,令f' (x)<0,解得0<x<2,令f'(x)>0,解得x>2,∴f(x)在(0, 2)上单调递减,在(2,+∞)上单调递增,2是函数f(x)的极小值 点,故A、C正确,B错误;又f(x)min=f(2)=-2ln 2+4-6=-2ln 2 -2,故D正确.故选A、C、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 6. 〔多选〕在同一平面直角坐标系内,函数y=f(x)及其导函数y=f' (x)的图象如图所示,已知两图象有且仅有一个公共点,其坐标为(0, 1),则(  ) A. 函数y=f(x)·ex为增函数 B. 函数y=f(x)·ex为减函数 C. 函数y= 的最大值为1 D. 函数y= 的最小值为1 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 解析:  由导数与函数单调性的关系得f(x)的图象为实曲线,f' (x)的图象为虚曲线,且当x<0时,f(x)<f'(x),当x>0时,f (x)>f'(x),设g(x)=f(x)·ex,则g'(x)=[f(x)+f' (x)]·ex>0,∴g(x)在R上单调递增,故A正确,B错误;设h(x) = ,则h'(x)= = ,则h(x)在 (-∞,0)上单调递增,在(0,+∞)上单调递减,∴h(x)在x=0 处有最大值h(0)= =1,故C正确,D错误. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 7. 若函数f(x)= 在区间[ ,a]上的最小值为2e,则a的取值范围 是 ⁠. 解析:由f(x)= ,得f'(x)= ,所以函数f(x)在 ( , )上单调递减,在( ,+∞)上单调递增,且f( )=2e,所以 ∈[ ,a],即a≥ ,所以a的取值范围是[ ,+∞). [ ,+∞)  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 8. 若函数f(x)=(2x+1)ln x-ax是(0,+∞)上的增函数,则实 数a的最大值为 ⁠. 解析: f(x)=(2x+1)ln x-ax的定义域为(0,+∞),若f(x)在 (0,+∞)上单调递增,则f'(x)=2ln x+ -a≥0恒成立,即 a≤2ln x+ +2.设h(x)=2ln x+ +2,则h'(x)= - = , x∈(0,+∞),当x∈( 0, )时,h'(x)<0,函数h(x)在 ( 0, )内单调递减;当x∈( ,+∞)时,h'(x)>0,函数h(x) 在( ,+∞)上单调递增,故h(x)min=h( )=2ln +4=4-2ln 2,所以a≤4-2ln 2.故实数a的最大值为4-2ln 2. 4-2ln 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 9. 若在半径为R的圆内作内接等腰三角形,则当底边上的高为 ⁠ 时,它的面积最大. 解析:如图所示,设圆内接等腰三角形的底边长为2x,高 为h,则h=AO+DO=R+ .解得x2=h(2R- h),于是内接三角形的面积为S= ·2x·h= ·h = ,从而S'= (2Rh3-h4 (2Rh3-h4)'= (2Rh3-h4 (6Rh2-4h3)= .令S'=0,解得h= R. 由于不考虑不存在的情况,所以在区间(0,2R)内列表如下: R  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 h (0, R) R ( R,2R) S' + 0 - S 单调递增 最大值 单调递减 由表可知,当h= R时,等腰三角形的面积最大. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 10. (15分)(2026·江西名校联考)已知函数f(x)=ex(2x2+ax- 1),其中a∈R. 若f(x)的图象在点(0,f(0))处的切线方程为2x +by+1=0.求: (1)函数f(x)的解析式; 解: 依题意,f(0)=-1,切点(0,-1)在切线2x+by+1=0 上,则b=1, f'(x)=ex(2x2+ax-1)+ex(4x+a)=ex[2x2+(a+4)x+a-1], 而f(x)的图象在点(0,f(0))处的切线斜率为-2,则f'(0)=a- 1=-2,解得a=-1, 所以f(x)=ex(2x2-x-1). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 (2)函数f(x)在区间[-3,1]上的最值. 解: 由(1)知,f'(x)=ex(2x2+3x-2)=ex(x+2)(2x- 1),由f'(x)=0得x=-2或x= , 当-3≤x≤-2或 ≤x≤1时,f'(x)≥0,当-2<x< 时,f'(x)<0, 所以f(x)在[-3,-2], 上单调递增,在 内单调递减, 又f(-3)= ,f(-2)= ,f( )=- , f(1)=0, 所以f(x)在区间[-3,1]上的最大值为 ,最小值为- . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 11. 函数结构是值得关注的对象.为了研究y=xx(x>0)的结构,两边取 对数,可得ln y=ln xx,即ln y=xln x,两边取指数,得eln y=exln x,即y= exln x,这样我们就得到了较为熟悉的函数类型.结合上述材料,y=xx(x >0)的最小值为(  ) A. 1 B. e C. D. e-e √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 解析:  由y=xx(x>0),两边取对数,可得ln y=ln xx,即ln y=xln x,令g(x)=xln x(x>0),则g'(x)=ln x+1,当x∈(0, ) 时,g'(x)<0,g(x)单调递减,当x∈( ,+∞)时,g'(x)> 0,g(x)单调递增,∴g(x)min=g( )=- ,∴ln y≥- , y≥ ,y的最小值为 .故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 12. 〔多选〕已知函数f(x)=2x3-ax2+b,若f(x)在区间[0,1]上 的最小值为-1,最大值为1,则a的值可以是(  ) A. 0 B. 4 C. 3 D. 3 √ √ 解析: 函数f(x)=2x3-ax2+b,则f'(x)=6x2-2ax=6x(x - ),令f'(x)=0,解得x=0或x= .①当a≤0时,若0≤x≤1,则f' (x)≥0,f(x)在[0,1]上单调递增,所以f(x)在[0,1]上的最小 值为f(0)=b,最大值为f(1)=2-a+b.因为f(x)在区间[0,1] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 上的最小值为-1,最大值为1,所以 解得 故 选项A正确.②当a≥3时,若0≤x≤1,则f'(x)≤0,f(x)在[0,1]上 单调递减,所以f(x)在[0,1]上的最大值为f(0)=b,最小值为f (1)=2-a+b.因为f(x)在区间[0,1]上的最小值为-1,最大值为 1,所以 解得 故选项B正确.由于选项C、D都 是大于3的数,所以当0<a<3时,选项C、D不成立.故选A、B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 13. (2025·河南南阳一模)设函数f(x)=1-ex,g(x)=ln(ax2- 4x+3),其中e是自然对数的底数,若对任意x1∈[0,+∞),都存在 x2∈R,使得f(x1)=g(x2),则实数a的最大值为 ⁠. ​ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 解析:因为f(x1)=1- ,x1∈[0,+∞),所以f(x1)∈(-∞, 0].又因为对任意x1∈[0,+∞),都存在x2∈R,使得f(x1)=g (x2),所以g(x2)的值域包含(-∞,0],所以ax2-4x+3∈(0,k] (k≥1).若a=0,则-4x+3>0,解得x< ,符合题意.若a<0,则 即 所以a<0.若a>0,则 即 所以0<a≤ .综上所述,a≤ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 14. (15分)已知函数f(x)=ln x-ax,x∈(0,e],其中e为自然对数 的底数. (1)若x=1为f(x)的极值点,求f(x)的单调区间和最大值; 解: ∵f(x)=ln x-ax,x∈(0,e], ∴f'(x)= ,由f'(1)=0,得a=1. ∴f'(x)= , ∴x∈(0,1)时,f'(x)>0,x∈(1,e]时,f'(x)<0, ∴f(x)的单调递增区间是(0,1),单调递减区间是(1,e], f(x)的极大值为f(1)=-1,也即f(x)的最大值为f(1)=-1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 (2)是否存在实数a,使得f(x)的最大值是-3?若存在,求出a的 值;若不存在,说明理由. 解: ∵f(x)=ln x-ax,∴f'(x)= , ①当a≤0时,f(x)在(0,e]上单调递增, 得f(x)的最大值是f(e)=1-ae=-3,解得a= >0,舍去; ②当a>0时,由f'(x)= =0,得x= , 当0< <e,即a> 时, x∈( 0, )时,f'(x)>0,x∈( ,e]时,f'(x)<0, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 ∴f(x)的单调递增区间是( 0, ),单调递减区间是( ,e], 又f(x)在(0,e]上的最大值为-3,∴f( )=-1-ln a=-3,∴a =e2; 当e≤ ,即0<a≤ 时,f(x)在(0,e]上单调递增, ∴f(x)的最大值是f(e)=1-ae=-3,解得a= > ,舍去. 综上,存在a符合题意,此时a=e2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 高中总复习·数学 目 录 $

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